[发明专利]船载自组网中利用位置信息启发式的路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线自组网络技术领域，具体是一种船载自组网中利用位置信息启发式的路由方法，应用于船舶组网通信。

背景技术

当前的海事通信如数字选择性呼叫、单边带无线电话、卫星搜救系统等，它们带宽窄、信号稳定性差，价格昂贵。船载识别系统(AIS)停留在单向9.6kbps低数据率的传输水平，双向通信还需借助其它技术手段。宽带通信领域例如3G网络，虽然其移动通信网覆盖范围较宽，但短距离船舶例如舰队航行、近港船舶等，近距离自组组网，具有数兆以上的带宽，便捷和廉价上优于3G网络。所以，扩充现有的AIS基站监控系统使之具备数据转发功能，进一步可以利用该功能组建宽带船载移动自组网络(Shipborne AdHoc Network，SANET)，实现船-岸-Internet联网，是海上通信的未来发展方向。

由于船舶能够收到周围船舶AIS广播的GPS定位信息和航迹航向等其它有益信息，所以基于地理定位信息的路由协议更适合SANET，并且地理路由以其可扩展性好、不需要存储转发表、贪婪式转发等优点，目前已成为移动自组网路由协议的热点研究领域之一。但是地理路由需要解决两个问题，其一，必须预先发布其位置信息；其二，遭遇拓扑空洞(Void)问题。

国内外基于地理定位信息的路由协议中具有代表性的有：①基于区域泛洪，算法简单，但泛洪通讯复杂度高；②基于贪婪转发。采用相关邻接图等对全网的拓扑结构进行约简，把网络拓扑连接状态映射成平面图，也有采用局部化Delaunay三角剖分构造平面图并以此作为网络的基础拓扑，但其拓扑结构的构造相对复杂。

目前国内外还没有针对SANET设计的路由协议。由于船舶能够收到周围船舶AIS广播的GPS定位信息和航迹航向等其它有益信息，所以基于地理定位信息的路由协议更适合SANET，并且地理路由以其可扩展性好、不需要存储转发表、贪婪式转发等优点，目前已成为移动自组网路由协议的热点研究领域之一。但是地理路由需要解决两个问题，其一，必须预先发布其位置信息；其二，遭遇拓扑空洞问题。比如现有的基于地理定位的贪婪转发策略虽更适合SANET环境。但是，贪婪转发会遭遇本地最小的拓扑空洞问题，因此有待提出一种能预测拓扑空洞存在并能绕过拓扑空洞的转发策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种能提前预测拓扑空洞存在并能成功绕过拓扑空洞的船载自组网中利用位置信息启发式的路由方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该船载自组网中利用位置信息启发式的路由方法，包括采用贪婪转发设计的基于地理位置路由策略主模块，其特征在于：还包括采用启发式搜索设计的绕过拓扑空洞方法和采用马尔可夫状态链设计的拓扑空洞预测模型这两个主模块，当贪婪转发过程中遇到“本地最小问题”时，调用启发式搜索算法以绕过拓扑空洞，并用马尔可夫状态链提前预测拓扑空洞的存在和精度，进而优化启发式搜索，启发式搜索结束后返回贪婪转发，还包括有一地理位置服务模型辅助模块，该辅助模块用于给上述三个主模块提供地理定位信息。这样，通过该方法既可以提前预测拓扑空洞的存在，而且通过启发式算法能绕过拓扑空洞从而提高船载自组网中数据转发效率。

本发明设计的数据转发策略是：启发式算法为主线，以贪婪转发、位置服务和拓扑空洞预测为辅助手段，解决SANET高效数据转发问题。对SANET动态拓扑结构中的拓扑空洞问题，建立其可预测感知的数学模型和可预测其精度的辨识方法，在全局动态的拓扑结构中求得局部稳态的拓扑结构支持。本发明的主要技术方法有：(1)利用邻域船舶地理定位信息，设计绕过拓扑空洞的高效率的启发函数和启发式算法；(2)建立螺旋网格(Spiral Grid)分布式位置服务(Location Service)模型。位置服务模型应该达到的效果是：距离被服务节点越近，服务节点越密，从而被服务的概率越高。(3)利用位置服务机制和邻域地理定位知识，建立能够提前预测拓扑空洞存在的马尔可夫预测模型。各个模块既相对独立又相互配合而形成统一的整体，模块的技术特点详述如下：

1、启发式算法